智能斷路器的定義以及工作模式解析

IEC62063標(biāo)準(zhǔn)對智能斷路器設(shè)備的定義：“具有較高性能的斷路器和控制設(shè)備，配有電子設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器，還具有附加功能，尤其是在線監(jiān)視和診斷方面?！?/p>

1.監(jiān)測控制回路特點(diǎn)

以微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和新型傳感器建立新的斷路器二次系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)斷路器的智能化，使其具有按電壓波形調(diào)節(jié)通斷角度，精確控制通斷過程時(shí)間和滅弧室工況。電力電子裝置取代傳統(tǒng)的機(jī)械操動機(jī)構(gòu)，使斷路器動作性能大大提高。

二次系統(tǒng)通過有效地監(jiān)視斷路器運(yùn)行狀態(tài)，可以動態(tài)評估斷路器壽命，分析故障遮斷能力，實(shí)現(xiàn)斷路器運(yùn)行監(jiān)視，進(jìn)行壽命周期評估和失效率評估，提高斷路器的可用率。主要的監(jiān)視環(huán)節(jié)有：①統(tǒng)計(jì)動作次數(shù)。②統(tǒng)計(jì)斷口開斷電流值。③監(jiān)視通斷線圈電流波形，判斷故障。④監(jiān)視滅弧室內(nèi)絕緣介質(zhì)的壓力、溫度及密度等。⑤監(jiān)視觸頭通斷速度和操動機(jī)構(gòu)狀態(tài)。

新型微控制器（DSP）的廣泛使用，使得上述功能的實(shí)現(xiàn)和完善成為可能。

2.數(shù)據(jù)通信回路特點(diǎn)

數(shù)字化變電站背景下的斷路器智能化使得斷路器線圈動作方式發(fā)生了根本變化。傳統(tǒng)斷路器動作信號由二次電纜傳遞至斷路器控制箱，而智能化斷路器的控制信號依據(jù)IEC61850規(guī)約中的GOOSE通信協(xié)議，以通信報(bào)文形式通過變電站二次通信光纜傳遞至斷路器的智能控制器，不僅節(jié)省大量電纜而且其可靠性和實(shí)時(shí)性都得到極大提高。

3.斷路器基本工作模式

智能斷路器的基本工作模式為：當(dāng)系統(tǒng)故障由繼電保護(hù)裝置發(fā)出斷開信號或由操作人員發(fā)出操作信號后，首先啟動智能識別模塊，判斷當(dāng)前狀態(tài)即斷路器所處的工作條件，對調(diào)節(jié)裝置發(fā)出不同的定量控制信息而自動調(diào)整相關(guān)參數(shù)，以獲得與當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)相適應(yīng)的運(yùn)動特性，然后使斷路器動作。其核心在于根據(jù)監(jiān)測到的不同故障電流自動選擇操動機(jī)構(gòu)參數(shù)及滅弧室預(yù)先規(guī)定的工作條件，電流小時(shí)低速斷開，電流大時(shí)高速斷開，以獲得電氣和機(jī)械性能上的最佳斷開效果。

智能化斷路器研究存在的問題

智能化斷路器雖有眾多優(yōu)良的性能，但也面臨著許多亟待改善的問題。

首先，由傳統(tǒng)的機(jī)械化操動機(jī)構(gòu)向電子化操動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，使控制回路可靠性面臨著電子器件易老化和強(qiáng)電磁干擾的考驗(yàn)。復(fù)雜電子設(shè)備使用壽命與一次設(shè)備使用壽命的不匹配將嚴(yán)重影響智能斷路器的發(fā)展。所以，斷路器動作方式的根本性改變使眾多生產(chǎn)廠家在開發(fā)智能斷路器產(chǎn)品時(shí)是極其謹(jǐn)慎的。

其次，復(fù)雜的智能控制器必將使智能化斷路器的生產(chǎn)成本大大提高，這也阻礙了該類產(chǎn)品的推廣普及。絕緣監(jiān)測設(shè)備在智能化斷路器中占有重要地位，但其開發(fā)和生產(chǎn)成本居高不下。

斷路器智能化是一項(xiàng)更新?lián)Q代的工作，它涉及到很多領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新發(fā)展，如傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)和電磁兼容技術(shù)等，需要更多的投入和開發(fā)。

結(jié)束語

智能斷路器已將計(jì)量、控制及通信等功能融于一體，使電力設(shè)備的模塊化、系統(tǒng)化成為可能。微控制器技術(shù)的不斷發(fā)展又為智能斷路器功能的多樣化，可靠性的提高，性能優(yōu)化提供了技術(shù)保障。智能斷路器的技術(shù)發(fā)展主要有如下幾個趨勢：

①新型傳感器向更靈敏、小型化方向發(fā)展，微處理器向大存儲容量、外設(shè)集成化發(fā)展，將為智能斷路器性能的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

②總線技術(shù)應(yīng)用于智能斷路器，采用串行通信方式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與主控制器進(jìn)行雙向通信，提高傳輸?shù)男畔⒘俊⑿畔鬏數(shù)木?，從而提高系統(tǒng)的性能及可靠性。

③采用新的更完善的通信協(xié)議，向著標(biāo)準(zhǔn)化、開放性發(fā)展的同時(shí)，更要注重互聯(lián)性網(wǎng)絡(luò)接口的產(chǎn)品，產(chǎn)品間的通用性。

④智能斷路器朝功能全面化方向發(fā)展。如監(jiān)控電網(wǎng)的諧波分量、功率因數(shù)和波形畸變等，而且能記錄電網(wǎng)的波形變化，實(shí)時(shí)觀測電網(wǎng)的工作情況等等。

⑤將人工智能技術(shù)用于智能斷路器可以提高智能控制器的精確度。
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